一、引言 + Y7 X. U- @6 k: z. r6 U6 w. ?
随着RTK的普及和水上导航测量软件的成熟，一种新型的水上测量方式---无验潮水下地形测量应运而生，因其具备全天候、精度高、作用距离远、效率高的特点，与传统的测量方式相比有着巨大的优势，极大地提高了工作效率，被广泛的应用于各种工程测量之中，本文结合实践经验，介绍无验潮水下地形测量方法及应用。6 D- n; x4 c2 }7 W
; A/ p& U7 z) b( n2 m) L# v! H' p% [+ y, n
2 G, h+ _& f. [7 P4 }. x: C) M二、测深仪的原理
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I+ L0 j. o2 p8 J, C7 y3 p! X! [. |6 L8 N6 ~
% J6 j9 H2 P5 }5 b$ z% p利用超声波穿透介质并在不同介质表面会产生反射的现象，利用超声波换能器（探头）发射超声波，测出发射波和反射波之间的时间差来进行测量水深。 声波在水中的传播速度为V，换能器（探头）发出超声波，声波经探头发射到水底，并由水底反射回到探头被接收，测得声波信号往返行程所经历的时间为t，则：Z = Vt/2；同时根据探头上固定杆的刻度可获知水面与探头之间的距离，即吃水深度，两者之和即为水深。' \" J! D" N# L; [8 L+ q
! a/ [( B" Y( a8 E三、无验潮水下地形测量基本原理
* a9 G& B; N! F2 H: A K* r4 }水下地形测量的主要任务是确定水下某一点的泥面标高，即下图A点的平面坐标(X, Y,Z) 普通的DGPS测量的高程值h0精度比较差，满足不了要求，为了解决水下地形测量，在精度要求不高的地方需要人工的方法检验潮位，这就是常规的验潮方法。+ c# \; w+ i# r/ V
" b4 ]9 _1 ], _3 ]" f5 O# p2 u
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说明：7 s- _1 P+ [. p5 t6 A' b
h为GPS天线到水面的距离（即天线高）。 ~: _, c) W3 S n k |$ @! g$ z
a为吃水。
" F, e$ _ j0 ub为换能器杆子的长度（常数）。
0 @3 w7 s& d: n4 ~s为换能器底部到水底的深度。
1 S. f& @+ l7 Y2 _H为水深。5 @( G- ~& n! E4 W3 T
h0直接由RTK实时测得。
8 q: |0 B+ g6 r. B! Q( L* F) u另外：Z=h0-h-H=水位-H 其中h0-h即为常说的水位。
! v! s2 Q: t5 y0 T& s4 C: s; s: @如上图所示可知Z=h0-b-s 其中水底高程Z只和h0及S相关，与潮位无关，从而达到无验潮效果。
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# z4 M$ b. W0 L$ V, }+ F四、水下地形测量要求及设备& L, V8 B8 x, q+ E
水下地形测量的工作主要由RTK接收机、 数字化测深仪 、内置导航软件等组成。为满足码头施工的需要，根据项目设计要求，需对该水域进行1:500水下地形图测量。* x5 d5 r1 H' x# x. k) }
作业采用的仪器设备软件有：8 y% ^) z1 O" w: G
华测X91GNSS(1+1)
p* U& e+ [! m华测D330单频测深仪
# ~& w3 S; q+ v华测Hydronav导航软件
+ O; ]% Z, V7 A# |5 p! T/ OAUTOCAD辅助成图系统
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! f8 ?" z, L$ @: V) Z五、水下地形测量的具体实施
# Y- D- t8 j2 {" t Y: [2 R# B水下地形测量分三部分：前期的准备工作，外业数据采集，内业处理及成图输出。# `% A1 F6 X i7 W0 }) M/ f
1、前期的准备工作。
0 W2 T0 u# q0 ~6 ba. 控制点数据的收集，施工区域位置的确定，施工区域计划线的绘制。
! L5 o7 N) h+ k1 Hb. 测深仪换能器的绑扎，换能器一般绑在距离船尾1/3为宜，吃水深度以超过0.5米为佳。 - ^5 D) m3 B4 K2 }
c. 任务的建立，设置坐标系、 投影、 转换参数。
$ I' t$ `: S7 M& g' Q9 O& Md. 施工区域计划线的绘制。 % ~% m9 \+ f# ]2 m8 S
9 E; j8 J8 b% v1 S: W如下图按1:500的要求，将施工区域按5米间隔将整个区域分布好。
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2、外业的数据采集4 v# h# \& @0 }0 P7 `- y/ ?
a.RTK作业：将GPS基准站架设在固定的位置，启动基准站，用移动站采集控制点坐标，进行点校正，再找另外一个控制点进行比对，检测结果符合要求后，方可进行数据采集工作。
& K' @3 V/ c5 Q% w4 Z0 Xb.测深仪水深的比对：在进行水深记录之前，需进行水深的比对工作，调节测深仪的声速，确保测量深度在误差范围内（一般在静水条件下，用比对板在不同的深度进行比测，也可用测深锤比对，通过调节声速，达到要求）。! i! h4 D6 I3 A
c.RTK和测深仪的联机调试：
; A7 W9 C( B& Z) E: L& l（1）将RTK接收机通过数据线连接上D330测深仪,设置好GPS和测深仪的数据格式，通过串口调试助手将信号连接通。- l2 q8 J: a& _. K
（2）坐标的检测：将RTK点校正的参数输入到导航软件中，检测软件显示坐标和手簿显示的坐标是否一致（注意：设置好天线高后导航软件显示的高程即为水位），检测合格后方可进行数据采集。1 ]7 } [- W/ W2 t" z s- {
d.数据的采集和保存
: O( k7 g7 \- C9 m（1）打开测深软件，将水深测量图像实时保存下来。
) W6 v. w [ s1 b7 Y（2）打开导航软件，按设计好的计划线，按2米一个点进行数据采集，采集结束后保存。
) c0 R0 B. {5 E/ |( c1 T6 ~
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8 d3 \) D) Z- H) T; N% s' {. q3 h3、内业处理及成图输出
- F8 e2 Z! X/ U0 oa.内业处理：将记录好的原始数据，通过数据取样，去掉有粗差的水深点，通过后处理软件生成坐标数据文件,数据格式为（点号，X,Y,Z）。
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b.成图输出：将通过内业处理好的坐标文件通过绘图软件，直接可以显示位置信息，生成等高线，断面图，三维立体效果图，并可进行土方量的计算和统计。6 ]8 m& q3 @" e, p: o; i
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六、成果的检验
; s$ V1 j* d1 b' E! |4 N2 u同一地方不同方式比较：在距离码头1公里位置设立自动潮位仪，人工验潮的方式，对同一段进行3次水深测量，无验潮方法测得的数据经过比对，水底高程差值基本小于0.1米。 同一地方交叉测量：在测量的时候先纵向测3条线，再横向测3条线，其中位置相交的地方进行水深比较，水深互差在0.1米之内。
! P/ b, u( w: S3 K6 `: d) D u# A七、无验潮水下地形测量的优点/ B$ v) u* x8 Z
1、无须验潮数据，减少工作量。验潮法需要专人测量水位，建立验潮站或者花钱从水文部门获取水位数据。" u D1 W7 {; U
2、每个水位与GPS通过软件自动同步，极大提高精度，GPS数据更新速度达 10 Hz ，每个水深点都对应的水位值，无须内插或外推。
) m& z) \6 y9 _3、减少波浪等引起的误差。验潮法测量中由于波浪影响，换能器上下起伏使得测的水深有误差，在数据处理时无法消除，而无验潮法是通过GPS天线高程来推算水下高程的，天线与探头的相对位置固定，船舶的上下波动跟结果无关。
% m1 s7 Z% r, L7 m6 V( P+ d3 i* P/ w4、数据处理方便、快捷。无验潮采集的数据全部集中在一个文件里面，无需输入潮位信息，即时能进行后处理，编辑水下地形图或断面图。
' D: v! y( W& P1 z' U/ t* ^" j9 o+ L4 V5 M8 ^八、结束语
4 G, s( F$ b1 E# \3 e( d利用测深仪无验潮技术进行水深测量，使得水深测量这项工程变得简单、方便、快捷、轻松、，极大的提高了生产效率，结合华测的Hydronav导航软件，真正实现了全自动测量。值得在水深测量乃至其它水下地形测量中大力推广应用。: R4 l" s: ]9 Q$ S1 O/ _
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